Thiết bị sấy chân không được sử dụng trong thí nghiệm sấy bí đỏ là thiết bị LABORATORY EQUIPMENT PTYLTD VO5 được sản xuất bởi AUSTRALIA. Nhiệt độ và áp suất chân không được điều chỉnh theo yêu cầu. Khi thí nghiệm, nhiệt độ được cài đặt để máy tự động điều chỉnh nhiệt độ đúng theo yêu cầu, áp suất chân không được điều chỉnh bằng nút vặn và thông qua van xả phía sau máy. Cấu tạo của máy gồm: tủ sấy, bơm chân không, bộ phận điều khiển.
Hình 3.2 Thiết bị sấy chân không LABORATORY EQUIPMENT PTYLTD VO5 3.2.2 Cân điện tử (TE313S)
Do Nhật Bản sản xuất, cân được dùng để xác định khối lượng mẫu sấy. Khối lượng tối đa có thể cân được là 310 gam và độ chính xác là 0,001 gam.
Hình 3.3 Cân điện tử 3.2.3 Cân phân tích ẩm (MX-50)
Dùng để xác định độ ẩm ban đầu của bí đỏ. Trên màn hình hiển thị tốc độ thoát ẩm, độ ẩm vật liệu, thời gian sấy.
Hình 3.4 Cân phân tích ẩm 3.2.4 Thiết bị sấy đối lưu
Thiết bị sấy đối lưulà tủ sấy Memmert.
Hình 3.5 Thiết bị sấy đối lưu Memmert 3.2.5 Thiết bị sấy chân không vi sóng WaveVac0150 - 1c
Hình 3.6 Thiết bị sấy chân không vi sóng WaveVac0150 - 1c 3.2.6 Bình hút ẩm (3120/Brand) Bình hút ẩmlà bình 3120/Brand Hình 3.7 Bình hút ẩm (3120/Brand) 3.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm sấy chân không vi sóng được bố trí theo phương pháp thành phần trung tâm (composittes centrées). Số thí nghiệm tổng cộng là: N = 2k + 2.k + n0 = 11 thí nghiệm
Và α = 4
2k
Hình 3.8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Bảng 3.2 Các giá trị biên của bố trí thí nghiệm với hai thông số: áp suất chân không Pck và cường độ vi sóng (W) Pck (mbar) Cường độ vi sóng (W) Max (+α) 225 442 Min (-α) 55 159 Point central (0) 140 300 Point (+1) 200 400 Point (-1) 80 200
Bảng 3.3 Các giá trị bố trí thí nghiệm sấy bí đỏ với hai thông số: áp suất chân không Pck và cường độ vi sóng (W)
Mẫu
Giá trị code Giá trị thực
Pck (mbar) Cường độ vi sóng (W) Pck (mbar) Cường độ vi sóng (W) 1 +α 0 225 300 2 0 +α 140 442 3 0 0 140 300 4 +1 +1 200 400 5 +1 -1 200 200 6 0 0 140 300 7 -1 -1 80 200 8 -1 +1 80 400 9 -α 0 55 300 10 0 -α 140 159 11 0 0 140 300
3.4 Phương pháp sấy chân không vi sóng
Các mẫu bí được gọt vỏ, cắt dầy khoảng 3 ÷ 5 mm. Mỗi mẫu có khối lượng khoảng 80 gam và có 11 mẫu được sấy ở áp suất chân không 55÷225 mbar, cường độ vi sóng 159÷442 W, được bố trí thành 11 thí nghiệm. Mẫu được đưa vào thiết bị sấy, sấy đến khi độ ẩm dưới 5% ẩm. Trong quá trình sấy, các mẫu được cân để xác định khối lượng sau mỗi phút cho đến khi độ ẩm còn lại dưới 5%. Sau đó các mẫu được bảo quản cho vào túi PE và chứa trong bình hút ẩm. Số liệu thí nghiệm được ghi ở bảng phụ lục.
3.5 Phương pháp sấy chân không
Mỗi thí nghiệm có 3 mẫu, mỗi mẫu có khối lượng khoảng 80 gam, được sấy ở cùng áp suất chân không 50 mbar với ba nhiệt độ khác nhau: 70 0C, 60 0C, 50 0C . Mẫu được đưa vào thiết bị sấy, sấy đến khi độ ẩm dưới 5% ẩm. Trong quá trình sấy, các mẫu được cân để xác định khối lượng ở các khoảng thời gian; trong thời gian một giờ đầu tiên, cứ 15 phút 1 lần, sau đó cứ 30 phút cho đến khi độ ẩm còn lại dưới 5%. Số liệu thí nghiệm được ghi ở bảng phụ lục.
3.6 Phương pháp sấy đối lưu
Trong thí nghiệm sấy đối lưu, ba mẫu bí đỏ được sấy ở nhiệt độ 70 0C, 60 0C, 50
0
C, trong thời gian một giờ đầu tiên, cứ 15 phút lấy ra cân và ghi số liệu một lần, sau đó cứ 30 phút lấy ra cân và ghi số liệu. Tiến hành sấy đến khi độ ẩm sau cùng còn lại dưới
3.7 Phương pháp phân tích, xử lý số liệu
Độ ẩm bí đỏ ứng với từng thời điểm được xác định bằng phương pháp toán học, khi biết được ẩm độ ban đầu (xác định bằng cân phân tích ẩm). Ẩm độ còn lại của sản phẩm sấy được xác định theo công thức:
G2 = G1 . G2 - 100 G1. 100 100 100 1 2 2 1 W W W W Trong đó:
W1: độ ẩm ban đầu của vật liệu (%) W2: độ ẩm còn lại của vật liệu (%)
G1: khối lượng ban đầu của vật liệu ở độ ẩm W1 (kg) G2: khối lượng còn lại của vật liệu ở độ ẩm W2 (kg)
Tốc độ giảm ẩm (%/phút) của bí đỏ trong quá trình sấy được xác định bằng công thức: 1 2 2 1 t t W W dt dW
Trong đó: t1, t2 là thời gian sấy tương ứng với độ ẩm W1, W2.
Tiến hành thí nghiệm lấy số liệu đồng thời phân tích xử lý số liệu, xây dựng đường cong động học sấy: “đường cong sấy” và “đường cong tốc độ sấy”.
3.8 Quy trình bố trí thí nghiệm
CHƯƠNG IV
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1 Đường cong động học sấy bí đỏ
Sau khi hoàn thành 11 thí nghiệm sấy chân không vi sóng; 3 thí nghiệm sấy chân không và 3 thí nghiệm sấy đối lưu. Kết quả thí nghiệm đã xây dựng nên đường cong động học sấy của bí đỏ: đường cong sấy và đường cong tốc độ sấy. Từ đó tạo cơ sở để phân tích ảnh hưởng các yếu tố đến động học quá trình sấy; so sánh đánh giá cảm quan sản phẩm bí đỏ sấy; đề xuất quy trình sấy bí đỏ thích hợp.
4.1.1 Đường cong sấy bí đỏ
4.1.1.1 Đường cong sấy chân không vi sóng
Hình 4.1 Đường cong sấy chân không vi sóng bí đỏ
Hình 4.1 cho thấy đường cong sấy của 11 mẫu thí nghiệm đều theo một quy luật tương đối giống nhau, đường cong sấy ổn định, độ ẩm sau khi sấy đạt yêu cầu.
Các mẫu được bố trí theo thự tự 1-11 ngụ ý ứng thời gian gian sấy theo thứ tự từ thời gian sấy nhanh nhất đến lâu nhất. Áp suất chân không càng thấp thì thời gian sấy càng nhanh. Áp suất chân không 55-225 mbar được chia ba nhóm: nhóm 1: áp suất chân không thấp: 55 và 80 mbar; nhóm 2: áp suất chân không trung bình: 140 mbar ; nhóm 3:
Cường độ vi sóng càng cao thời gian sấy càng nhanh. Cường độ vi sóng 159-442 W được chia làm ba nhóm: Nhóm 1: cường độ vi sóng cao: 400 và 442 W; Nhóm 2: cường độ vi sóng trung bình: 300 W; Nhóm 3: cường độ vi sóng thấp: 200 và 159 W
Thời gian sấy từ 16-52 phút được chia thành 3 nhóm: Nhóm 1: thời gian sấy nhanh: 16 phút (Mẫu 1); Nhóm 2: thời gian sấy trung bình: 26-34 phút (Mẫu 2 đến Mẫu 8 ); Nhóm 3: thời gian sấy chậm: 40-52 phút (Mẫu 9 đến Mẫu 11).
.
Áp suất chân không (mbar)
Cường độ vi sóng (W)
Thời gian sấy (phút) Mẫu 1 140 442 16 Mẫu 2 80 400 26 Mẫu 3 55 300 26 Mẫu 4 200 400 28 Mẫu 5 140 300 31 Mẫu 6 140 300 32 Mẫu 7 140 300 30 Mẫu 8 225 300 34 Mẫu 9 80 200 40 Mẫu 10 200 300 44 Mẫu 11 140 159 52
Hình 4.2 Đường cong sấy chân không bí đỏ
Áp suất chân không (mbar)
Nhiệt độ (0C)
Thời gian sấy (phút)
Mẫu 12 50 70 120
Mẫu 13 60 180
Mẫu 14 50 240
4.1.1.3 Đường cong sấy đối lưu
Hình 4.3 Đường cong sấy đối lưu bí đỏ
Nhiệt độ (0C) Thời gian sấy (phút)
Mẫu 15 70 360
Mẫu 16 60 570
4.1.2 Đường cong tốc độ sấy bí đỏ
4.1.2.1 Đường cong tốc độ sấy chân không vi sóng
Hình 4.4 Đường cong tốc độ sấy chân không vi sóng bí đỏ
Tốc độ sấy được chia thành 3 nhóm: nhóm 1 tốc độ sấy nhanh: 3 mẫu: Mẫu 1, Mẫu 2, Mẫu 3; Nhóm 2: tốc độ sấy trung bình: 5 mấu: Mẫu 4, Mẫu 5, Mẫu 6, Mẫu 7, Mẫu 8. Nhóm 3: tốc độ sấy chậm: 3 mẫu: Mẫu 9, Mẫu 10, Mẫu 11.
Áp suất chân không (mbar)
Cường độ vi sóng (W)
Thời gian sấy (phút) Tốc độ sấy (%/phút) Mẫu 1 140 442 16 4,7 Mẫu 2 80 400 26 3,0 Mẫu 3 55 300 26 2,9 Mẫu 4 200 400 28 2,7 Mẫu 5 140 300 31 2,5 Mẫu 6 140 300 32 2,4 Mẫu 7 140 300 30 2,6 Mẫu 8 225 300 34 2,3 Mẫu 9 80 200 40 2,0 Mẫu 10 200 300 44 1,8 Mẫu 11 140 159 52 1,5
Hình 4.5 Đường cong tốc độ sấy chân không bí đỏ
Áp suất chân không (mbar)
Nhiệt độ (0C) Thời gian sấy (phút) Tốc độ sấy (%/phút) Mẫu 12 50 70 120 0,52 Mẫu 13 60 180 0,36 Mẫu 14 50 240 0,29
4.1.2.3 Đường cong tốc độ sấy đối lưu
Hình 4.6 Đường cong tốc độ sấy đối lưu bí đỏ
Nhiệt độ (0C) Thời gian sấy (phút) Tốc độ sấy (%/phút)
Mẫu 15 70 360 0,18
Mẫu 16 60 570 0,12
Mẫu 17 50 810 0,09
4.2 Sự ảnh hưởng của áp suất chân không đến quá trình sấy bí đỏ
Trong quá trình sấy chân không vi sóng, áp suất chân không là yếu tố có ý nghĩa quan trọng, ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sấy. Áp suất cao thì tốc độ thoát hơi ẩm chậm, thời gian sấy chậm, áp suất thấp thì tốc độ thoát hơi ẩm nhanh, thời gian sấy nhanh.
Sấy trong môi trường chân không giúp sản phẩm giữ được hình dạng, màu sắc, thành phần dinh dưỡng, các vitamin, những thành phần mà khi sấy với áp suất bình thường thì dễ dàng bị mất đi do khi áp suất thấp thì nhiệt độ sôi của nước bên trong sản phẩm cũng hạ thấp. Vì thế làm tăng chất lượng, tính cảm quan và giá trị kinh tế cho sản phẩm sau khi sấy.
Cường độ vi sóng (W)
Áp suất chân không (mbar)
Thời gian sấy (phút)
Mẫu 3 300 55 26
Mẫu 5 140 31
Mẫu 8 225 34
Kết quả thí nghiệm của ba mẫu sấy có cùng cường độ vi sóng 300W; với 3 độ chân không khác nhau là 55 140 và 225 mbar cho thấy:
Cùng một điều kiện phát năng lượng vi sóng, khi áp suất càng thấp (độ chân không càng cao), thì thời gian sấy càng nhanh. Thời gian để mẫu đạt <5% ẩm là khoảng 26 phút, 31 phút, 34 phút tương ứng với độ chân không 55 140 và 225 mbar.
4.2.2 Đường cong sấy cùng nhiệt độ nhưng ở áp suất bình thường và áp suất chân không
Nhiệt độ (0C) Áp suất (mbar) Thời gian sấy (phút)
Mẫu 14 50 50 240
Mẫu 17 1019 810
Kết quả thí nghiệm của 2 mẫu sấy có cùng nhiệt độ 50 0C; với 2 độ chân không khác nhau là 50 và 1019 mbar cho thấy:
Thời gian để mẫu đạt <5% ẩm là khoảng 240 phút nhanh so với 810 phút tương ứng với độ chân không 50 và 1019 mbar. Vậy thời gian sấy được rút ngắn rất đáng kể nhanh gấp 3,5 lần.
4.2.3 Đường cong tốc độ sấy cùng cường độ vi sóng nhưng khác áp suất chân không
Cường độ vi sóng (W)
Áp suất chân không (mbar)
Thời gian sấy (phút) Tốc độ sấy (%/phút) Mẫu 3 300 55 26 2,9 Mẫu 5 140 31 2,5 Mẫu 8 225 34 2,3
Kết quả thí nghiệm của ba mẫu sấy có cùng cường độ vi sóng 300W; với 3 độ chân không khác nhau là 55 140 và 225 mbar cho thấy:
Tốc độ sấy trong quá trình sấy trong thời điểm khác nhau cũng khác nhau. Ở thời điểm ban đầu của quá trình sấy, tốc độ giảm ẩm của các mẫu gần như nhau, tuy nhiên sau khi mẫu đã được làm nóng bởi năng lượng vi sóng, Mẫu 3 có độ chân không là 55 mbar đã cho thấy tốc độ giảm ẩm khác biệt rõ rệt so với 2 mẫu còn lại.
Từ đồ thị cho thấy rằng khi độ chân không càng cao tốc độ thoát ẩm của vật liệu càng lớn và cũng tuân theo quy luật tăng dần với độ chân không do sự chênh lệch áp suất giữa vật liệu sấy và môi trường sấy càng cao.
4.2.2 Đường cong tốc độ sấy cùng nhiệt độ nhưng ở áp suất bình thường và áp suất chân không
Nhiệt độ (0C) Áp suất (mbar)
Thời gian sấy (phút)
Tốc độ sấy (%/phút)
Mẫu 14 50 50 240 0,29
Mẫu 17 1019 810 0,09
4.3 Sự ảnh hưởng của năng lượng vi sóng đến quá trình sấy bí đỏ
Cùng với sự ảnh hưởng của độ chân không trong quá trình sấy, cường độ năng lượng vi sóng đóng vai trò hết sức quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thoát ẩm của vật liệu sấy.
Cường độ vi sóng càng cao thì tốc độ thoát hơi ẩm của vật liệu càng nhanh thời gian sấy càng ngắn.
Với mức năng lượng vi sóng bằng nhau, các mẫu có khối lượng khác nhau thì thời gian sấy khác nhau, mẫu có khối lượng lớn hơn thì thời gian sấy chậm hơn mẫu có khối lượng nhỏ hơn. Tuy nhiên cường độ vi sóng càng cao thì vật liệu dễ cháy hơn.
Năng lượng vi sóng cao, vật liệu sấy thoát hơi ẩm nhanh làm xuất hiện bong bóng khí trên bề mặt vật liệu, do trên bề mặt vật liệu sấy có một lớp màng mỏng trong suốt cản trợ sự thoát hơi ẩm của vật liệu. Các bong bóng khí này to, nhỏ, nhiều hay ít cũng tùy thuộc vào tốc độ thoát hơi nước của vật liệu.
Áp suất chân không (mbar)
Cường độ vi sóng (W)
Thời gian sấy (phút)
Mẫu 1 140 442 16
Mẫu 5 300 31
4.3.2 Đường cong tốc độ sấy cùng áp suất chân không nhưng khác cường độ vi sóng
Áp suất chân không (mbar)
Cường độ vi sóng (W)
Thời gian sấy (phút) Tốc độ sấy (%/phút) Mẫu 1 140 442 16 4,7 Mẫu 5 300 31 2,5 Mẫu 11 159 52 1,5
Khả năng thoát ẩm bên trong vật liệu sấy càng lớn khi năng lượng vi sóng càng lớn, có thể đạt gần đến 4,7 %/phút đối với mẫu có cường độ vi sóng là 442 W so với khoảng 2,5 %/phút đối với mẫu có cường độ vi sóng là 300 W, 1,5 %/phút đối với mẫu có cường độ vi sóng là 159 W
Từ đồ thị cho thấy rằng khi cường độ vi sóng càng cao tốc độ thoát ẩm của vật liệu càng lớn và cũng tuân theo quy luật tăng dần với cường độ vi sóng.
4.4 Sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình sấy bí đỏ
Cùng với sự ảnh hưởng của độ chân không, năng lượng vi sóng, trong quá trình sấy, nhiệt độ đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thóat ẩm của vật liệu sấy.
Nhiệt độ cao thì tốc độ thoát hơi ẩm của vật liệu nhanh, thời gian sấy nhanh tuy nhiên nhiệt độ cao làm vật liệu sấy dễ bị cháy, khét làm ảnh hưởng rất lớn đến hình dạng, cấu trúc, màu sắc và chất lượng cảm quan của sản phẩm sấy.
Ngoài ra, nhiệt độ trong buồng sấy cũng phụ thuộc vào cường độ vi sóng. Cường độ vi sóng cao, tốc độ thoát hơi nước nhanh sẽ làm cho nhiệt độ sấy của vật liệu sấy tăng cao.
4.4.1 Đường cong sấy
Nhiệt độ (0C) Thời gian sấy (phút)
Mẫu 15 70 360
Mẫu 16 60 570
Mẫu 17 50 810
Kết quả thí nghiệm của ba mẫu sấy với 3 nhiệt độ là 70 60 và 50 0C cho thấy: Cùng một điều kiện, khi nhiệt độ cao thì thời gian sấy nhanh và cũng tuân theo quy luật tăng dần với nhiệt độ. Thời gian để mẫu đạt <5% ẩm là khoảng 360 phút, 570 phút, 810 phút tương ứng với nhiệt độ 70 60 và 50 0C.
phương pháp sấy chân không ở áp suất chân không là 50 mbar tạo ra thời gian sấy cách nhau là 1 giờ. Còn ở phương pháp sấy chân không vi sóng gần như hạn chế đến mức thấp nhất sự ảnh hưởng của nhiệt độ.
4.4.2 Đường cong tốc độ sấy
Nhiệt độ (0C)
Thời gian sấy (phút) Tốc độ sấy (%/phút) Mẫu 15 70 360 0,18 Mẫu 16 60 570 0,12 Mẫu 17 50 810 0,09
4.5 Nhận xét đánh giá cảm quan các mẫu sấy 4.5.1 Nhận xét đánh giá các mẫu sấy
Sau đây là hình ảnh của 11 mẫu sấy chân không vi sóng ; 3 mẫu sấy chân không